能量压力传感器的发现解决了线粒体之谜

弗吉尼亚大学(UVA)医学院的科学家报告称，在了解我们的身体确保线粒体正常运作的方式方面取得了重大进展。ZenYan博士及其同事表示，这些发现可能为许多常见疾病(包括阿尔茨海默病和糖尿病)的更好治疗打开大门，他们描述道(“线粒体定位的AMPK对局部能量做出反应，有助于运动和能量压力诱导的运动)线粒体自噬”)在PNAS中细胞如何感知问题并对线粒体进行质量控制。

“线粒体对我来说是宇宙的中心，因为实际上我们体内的所有细胞都依赖线粒体来产生能量，并且必须有一个防弹系统来确保发电站正常运转，”严说，他是骨骼肌研究中心的主任。UVA罗伯特·M·伯尔尼心血管研究中心。“慢性病，也称为非传染性疾病，如糖尿病、心力衰竭和阿尔茨海默病，对许多个人、家庭和整个社会造成灾难性影响，都是由细胞中的线粒体问题引起的。”

严和他的团队在小鼠和人类的各种组织中线粒体周围的外膜上发现了特殊的传感器。这些传感器检测“能量压力”，例如由运动或禁食引起的压力，以及受损线粒体被降解和去除的信号。这种重要的清理过程(线粒体自噬)及其存在是在100多年前首次提出的。但它的工作原理从未被完全理解。严的新研究提供了人们长期以来寻求的答案。

“线粒体形成一个复杂的、相互关联的网状结构，通过生物发生、动态裂变、融合和线粒体自噬之间的协调来维持，这些协​​调是响应各种信号而启动的，以维持能量稳态。这些构成线粒体质量控制的细胞事件以惊人的空间精度发挥作用，但人们对控制这种空间特异性的因素知之甚少，”Yan和他的研究团队写道。

“……我们证明，细胞生物能量传感器的特定亚型，即5'AMP激活蛋白激酶(AMPKα1/α2/β2/γ1)，位于小鼠和人类各种组织中的线粒体外膜上，称为mitoAMPK。响应能量应激，mitoAMPK的激活在整个网状结构中有所不同，并且抑制mitoAMPK活性会减弱体内骨骼肌中运动诱导的线粒体自噬。

“AMPK线粒体库的发现及其对线粒体质量控制的局部重要性强调了体内传感细胞能量学的复杂性，这对于针对线粒体能量学进行疾病治疗具有重要意义。”

研究人员发现，线粒体传感器(mitoAMPK)在不同组织中的存在形式略有不同。例如，一种类型似乎在骨骼肌中特别活跃。在一篇概述他们的发现的新科学论文中，研究人员将各种传感器描述为“意想不到的复杂”。他们接着概述了这些传感器如何提供重要的损伤控制系统来保护我们的细胞能量供应。

Yan认为这项研究的一个发现非常令人兴奋：用最有效的一线抗糖尿病药物二甲双胍治疗小鼠，可以激活骨骼肌中的mitoAMPK，而不会激活细胞其他部分的AMPK。这一发现说明了激活mitoAMPK和线粒体质量控制在治疗一种常见慢性疾病中的重要性，这种疾病已知是由我们体内功能失调的线粒体积累引起的。这也解释了为什么定期锻炼对于预防和治疗此类疾病如此有效。

对线粒体质量控制的新见解可能会推动开发针对非传染性疾病的新疗法的努力，这些疾病已达到大流行的程度，并且估计导致71%的死亡。

弗吉尼亚大学心血管医学部的严博士​​表示，对于医生来说，更好地了解特定疾病如何干扰线粒体功能非常重要。他的新发现为此奠定了基础。

“我们已经开发了遗传模型来精确定位mitoAMPK激活的关键步骤，并且正在寻找由mitoAMPK控制的神奇分子，”Yan指出。“这些发现让我们了解了很多关于我们体内传感器系统之美的知识。社会绝对应该利用这些发现来促进定期锻炼以促进健康和疾病预防，并开发有效的模拟运动药物。”

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